Конструкция и принцип действия проходческого комбайна Урал-20Р

Комбайн «УРАЛ-20Р» состоит из сдвоенного исполнительного органа планетарного типа, разрушающего забой двумя парами больших периферийных резцовых дисков и двумя парами центральных дисков меньшего диаметра, верхнего отбойного устройства, оформляющего кровлю выработки, бермового органа, служащего для выравнивания почвы и подрезки углов выработки, гусеничного хода, осуществляющего перемещение комбайна на рабочих и маневровых режимах.

Для подбора отбитой руды и погрузки ее в транспортные средства служат: бермовый орган со шнеками и боковыми фрезами, грузчик, выполненный в виде рамы комбайна, внутри которой размещен скребковый конвейер. Хвостовая часть конвейера имеет возможность поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Комбайн оборудован электрической и гидравлической системами, а также средствами пылезащиты и бурения шпуров. 

Сдвоенный исполнительный орган включает в себя резцовые, центральные диски, и редуктора с приводами, обеспечивающими вращение дисков вокруг своей оси (относительное вращение) и вокруг продольной оси, параллельной оси комбайна (переносное вращение).

Синхронизация переносного вращения обеих пар рукоятей с резцовыми дисками осуществляется за счет кинематической

связи приводов исполнительного органа через общий привод переносного вращения.

Исполнительный орган жестко закреплен на раме грузчика. Рама грузчика шарнирно соединена в средней части с рамой гусеничного хода, а в передней – опирается на два гидроцилиндра, нижние концы которых закреплены на раме

13

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

гусеничного хода. На раме грузчика крепятся все основные сборочные единицы комбайна. При помощи гидроцилиндров рама грузчика может быть опущена вниз или поднята вверх, что позволяет управлять движением комбайна в вертикальной плоскости.

Бермовый орган выполнен в виде шнека и двух боковых фрез с приводами, корпуса которых закреплены через кронштейн на раме грузчика.

Верхнее отбойное устройство выполнено в виде барабана и приводится во вращение от двигателя.

Для бурения шпуров на комбайне имеется бурильная установка, которая закреплена на раме грузчика и позволяет производить бурение шпуров при движении комбайна.

Комбайн «Урал-20Р» имеет одинаковое устройство механической части для всех исполнений.

Насосная станция на комбайне располагается с левой стороны, а станция управления - с правой. Комбайн оснащен гидравлическим и электрическим (местными) пультами управления, устанавливаемыми в кабине

машиниста.

Комбайн работает в комплексе с бункер - перегружателем и самоходным вагоном.

Базовая модель горнопроходческого комбайна Урал-20Р представлена на рисунке 2.1.

14

Рис. 2.1. - Проходческо-очистной комбайн «Урал-20Р»

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Проходческий комбайн Урал-20Р состоит из 1 - орган исполнительный; 2- устройство отбойное; 3- грузчик; 4- установка бурильная; 5- ход гусеничный;

6 – гидросистема; 7 - щит; 8 – насосная станция; 9 – гидроцилиндр; 10 – гидроцилин.

В задней части комбайна размещены гидроцилиндры 9  для подъема-опускания разгрузочной секции   конвейера. Шарнирное соединения планетарно-дискового исполнительного органа 1 с грузчиком 3 осуществляется осями. Опорные балансиры ходовой части крепятся к раме комбайна болтами и шайбами. Шарнирное соединение рычагов механизма упора производится посредством осей. Шарнирное соединение гидроцилиндров 10 и планетарно-диского исполнительного органа 1, осуществляется с помощью осей. Шарнирные узлы крепления питателя  к раме комбайна обеспечивается цапфами.

Усовершенствованный погрузочный орган комбайна Урал-20Р имеет возможность производить погрузку отбитой горной массы, как лапами, так и плоскими дисками. Применение дисков в определенных условиях значительно повышает эксплуатационные качества комбайна.

Ленточный конвейер, расположенный на комбайне имеет исполнение с поворотной концевой секцией, что обеспечивает эффективную погрузку на любой забойный транспорт.

Применение с комбайном модернизированного ленточного перегружателя мостового типа дает возможность проходить до 20 м выработки без дополнительного удлинения забойных конвейеров и не снижает маневренности комбайна.

Крепеподъемник имеет блокирующее устройство и делает работу по возведению крепи удобной и безопасной. Комбайн демонтируется на компактные малогабаритные составляющие части, удобные для транспортировки по горным выработкам.

 

15

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

2.2 Патентный поиск

Патентный поиск произведен в отделе интеллектуальной собственности БГТУ им. В.Г. Шухова, областной библиотеке и всемирной сети интернет глубиной поиска 20 лет.

В результате патентного поиска было отобрано 3 патентов, отвечающих единой цели изобретения - улучшению условий вращения поворотного резца в резцедержателе и снижению неравномерности износа узлов и деталей резцового блока.

В авторском свидетельстве № 2135769 C1 предлагается изобретение, направленное на предотвращение заштыбовывания канала резцедержателя 12 частичками отбитой горной массы. Заштыбовывание ведёт к заклинванию поворотного резца 12, что, в свою очередь, ведёт к неравномерному износу рабочей головки 13 с твёрдосплавной вставкой 15 и выводу из строя резцедержателя 10 (рисунок 2.2).

 

 

Рис. 2.2 – Схема расположения втулки в канале резцедержателя

 

 Изобретение представляет собой разрезную цилиндрическую втулку 1, выполненную из упругого материала, например стали (рисунок 2.3). Втулка 1 устанавливается на хвостовик 14 поворотного резца 12.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

16

 

Рис. 2.3 – Схема втулки

 

Торцевые поверхности 2 и 3 втулки 1 образуют канал 4 для прохода штыба. Каждая торцевая поверхность 2 или 3 втулки 1 имеет форму винтовой линии. Проекция на одно из оснований втулки 1 ребра 5, образованного пересечением одного из оснований 6 втулки 1 с одной из ее торцевых поверхностей 2 или 3, смещена относительно проекции на то же основание втулки 1 ребра 5, образованного пересечением другого основания втулки 1 с той же торцевой поверхностью 2 или 3. Втулка 1 может быть выполнена со скосами 9.

Для фиксации поворотного резца 12 и улучшения его вращения на него также устанавливается дополнительная втулка 20 с выступами 7 (рисунок 2.4).

 

 

 

Рис. 2.4 – Схема дополнительной втулки с выступами

 

17

Выступы 7 могут иметь любую форму и быть расположены на наружной боковой поверхности дополнительной втулки 20 в любом порядке. Дополнительная втулка 20 фиксируется выступами 7 в кольцевой канавке 19 промежуточной втулки 16 резцедержателя 10. Выступы 7 могут быть образованы путем выдавливания их с помощью специального штампа, то есть составлять с втулкой 1 одно целое, или быть выполнены в виде отдельных элементов (на чертежах не изображены). Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения приспособления, при котором выступы 7 равномерно расположены по периметру втулки 1, то есть геометрические центры выступов 7 расположены на одной окружности и лежат в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси 8 втулки 1.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Одним из наиболее предпочтительных вариантов формы выступов 7 является такой, при котором они образованы продольными гофрами, расположенными по всей длине втулки (рисунок 2.5). Данная форма выступов позволяет лучше выводить частички отбитой горной массы из отверстия промежуточной втулки 18.

 

Рис. 2.5 – Схема втулки с выступами, образованными продольными гофрами

 

18

К недостаткам данного изобретения   можно отнести большую вероятность заполнения канала для прохода штыба частицами разрушенной породы в зонах перелома контура   указанного   канала   и противодействовать процессу нормального удаления штыба. Частицы разрушенной породы, заполнившие канал для прохода штыба в данном исполнении, будут препятствовать нормальному вращению поворотного резца в канале резцедержателя, что приведет к заклиниванию поворотного  резца и его одностороннему износу.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

В патенте № 2280161 (Германия) предлагается узел, состоящий из инструмента и втулки, который облегчает свободное вращение инструмента и позволяет "свести к минимуму" тенденцию набивания и уплотнения мелких частиц так, что они препятствуют подобному свободному вращению.

Зажимная гильза 1 имеет продольно направленную прорезь 2, при этом наружные кромки 4 торцевых сторон 3 скошены. Скошенные наружные кромки 4 наклонены под углом около 30° к наружной стенке зажимной гильзы, для того чтобы они не мешали введению в резцедержатель 15 (рисунок 2.6).

 

 

Рис. 2.6 – Схема расположения втулки в канале резцедержателя

 

Наружные кромки 4 скошены на торцевых сторонах 3, поскольку зажимная гильза 1 каждой из торцевых сторон 4 может быть обращена к вводному участку. Удерживающие элементы 5 расположены в зоне средней поперечной плоскости 13 зажимной гильзы 1 и выполнены симметрично ей.

19

Как показано на рисунке 2.6, круглый хвостовик 10 резца 9 имеет окружную канавку 14, расположение которой выбрано так, что зажимная гильза 1 может быть зафиксирована на хвостовике 10 в одном из двух осевых положений, в котором удерживающие элементы 5 входят в окружную канавку 14. Поскольку зажимная гильза 10 выполнена зеркально относительно средней поперечной плоскости 13, то ее можно фиксировать на хвостовике 10 с поворотом на 180°. Это облегчает ее установку, поскольку нет необходимости следить за правильным положением относительно хвостовика 10, как в известных резцедержателях.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Поэтому новая зажимная гильза 1 может занимать на хвостовике 31 одно из двух идентичных положений.

При этом за счет согласования удерживающих элементов 15, а также окружной канавки 14 в хвостовике 10 гарантируется, что даже обращенная к головке 11 резца торцевая сторона 3 лежит свободно.

Рис. 2.7 – Схема втулки

 

20

Как показано на рисунке 2.7, зажимная гильза 1 имеет три распределенных по окружности удерживающих элемента 5. Один удерживающий элемент лежит противоположно прорези. Оба других удерживающих элемента расположены со смещением на угол, равный примерно 100°.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Удерживающие элементы 5 выделены двумя параллельными штамповочными кромками, которые направлены поперек продольной оси зажимной гильзы 1 и проходят по угловой зоне от 50° до 60° окружности зажимной гильзы 1. Выштампованные и/или вдавленные удерживающие элементы 5 образуют обращенный к дну окружной канавки 14 коаксиальный вогнутый центрирующий участок 6, который охватывает угловую зону от 30° до 50°. В центрирующий участок 6 удерживающие элементы 5 переходят своими концами через выпуклое закругление 7, переходной участок и вогнутое закругление 8 во внутреннюю стенку зажимной гильзы. Глубина окружной канавки 14 должна выбираться соответствующим образом и иметь такие размеры, чтобы выпуклые наружные участки удерживающих элементов 15 находились на расстоянии от внутренней стенки зажимной гильзы 1.

Недостатком данного изобретения является высокая цена его изготовления за счёт применения технологии высокоточной штамповки и конструктивной сложности исполнения изобретения.

В патенте DE № 19630651 (Германия)описывается изобретение, направленное на облегчение установки зажимной гильзы на круглом хвостовике резца с возможностью поворота резца в зажимной гильзе, способствующего предотвращению заштыбовывания породоразрушающего инструмента (рис. 2.8). Фиксирующая втулка 1, предпочтительно выполненная из закаленной стали, расположена в радиальном направлении между хвостовиком 10 и цилиндрической стенкой цилиндрического отверстия 6 резцедержателя 16. Фиксирующая втулка имеет цилиндрическую часть 2, имеющую фаску 5 на своем заднем конце и продольную прорезь 4, проходящую радиально.

21

В разжатом состоянии цилиндрическая часть имеет наружный диаметр, превышающий диаметр цилиндрического отверстия 6. Таким образом, после сжатия цилиндрической части в радиальном направлении и размещения ее в отверстии цилиндрическая часть стремится "отскочить" в направлении наружу и образует плотный контакт со стенкой отверстия, при этом внутренний диаметр сжатой цилиндрической части 2 будет по-прежнему превышать диаметр хвостовика 10, чтобы свести к минимуму любое противодействие свободному вращению режущего инструмента.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

 

 

Рис. 2.8 – Схема расположения втулки в канале резцедержателя

Фиксирующая втулка 1 имеет язычки 3, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга в окружном направлении, загнуты в аксиальном направлении назад и в радиальном направлении внутрь от цилиндрической части и проходят в канавку 9 (рисунок 2.9).

 

 

Рис. 2.9 – Схема втулки

 

22

Таким образом, каждый язычок образует острый угол с осью А. Следовательно, при аксиальном смещении режущего инструмента вперед относительно отверстия язычки могут упираться в заднюю ограничительную поверхность 17 канавки 9 для удерживания режущего инструмента в аксиальном направлении в отверстии. Во время процесса резания при прижатии режущего инструмента в направлении назад язычки большей частью будут расположены на некотором расстоянии от всех поверхностей 17 канавки 9, чтобы обеспечить возможность свободного вращения режущего инструмента вокруг его центральной оси. Благодаря тому, что язычки наклонены в аксиальном направлении назад и в радиальном направлении внутрь, они меньше препятствуют проходу назад мелких частиц, стремящихся выйти из зоны между язычком и обращенной назад поверхностью 9 канавки, по сравнению с язычками, которые направлены перпендикулярно оси А.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Предпочтительно имеются четыре язычка 3, которые расположены на определенном угловом расстоянии друг от друга в окружном направлении, при этом угол между ними предпочтительно составляет 86 градусов, за исключением двух язычков, которые разделены продольной прорезью 75. Угол между двумя последними язычками предпочтительно будет составлять 102 градуса. Возможно предусмотреть большее или меньшее количество язычков, и язычки могут быть расположены на разных угловых расстояниях друг от друга. На корпусе режущего инструмента образован обращенный назад уступ 14 (фиг.4) на переднем конце хвостовика, при этом уступ 4 расположен напротив переднего края цилиндрической части фиксирующей втулки

Поскольку диаметр заднего фланца 7 не превышает диаметра хвостовика 10, радиальный зазор 8 позволяет мелким частицам, выходящим из канавки 9, проходить назад. Выход мелких частиц из канавки 9 возможен, поскольку задние края цилиндрической части и язычков 3 расположены на некотором расстоянии от заднего фланца 7 впереди него во время процесса резания.

23

Установку режущего инструмента выполняют обычным образом, при этом сначала фиксирующую втулку 1 надевают на хвостовик 10 так, чтобы язычки 3 вошли в канавку 9. После этого задний фланец 7 режущего инструмента вставляют в отверстие 6. То есть выполненный с фаской 5 задний фланец 7 может легко входить в отверстие, поскольку он не закрыт фиксирующей втулкой, и тем самым он служит в качестве направляющей или установочного элемента для установки режущего инструмента в надлежащем положении. После этого оператор вручную с помощью молотка загоняет узел, состоящий из режущего инструмента и втулки, в отверстие. При выполнении этого цилиндрическая часть 2 фиксирующей втулки сжимается в радиальном направлении, после чего цилиндрическая часть будет упруго поджата в направлении наружу с вводом ее в прочный контакт со стенкой отверстия, при этом ее соединение с хвостовиком режущего инструмента остается свободным (незакрепленным).

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Язычки 3 по-прежнему будут расположены внутри кольцевой канавки 9 для предотвращения случайного выхода режущего инструмента в аксиальном направлении из отверстия.

Во время процесса резания режущий инструмента поджат назад, и язычки 3 не входят в контакт ни с одной поверхностью канавки 9. Режущий инструмент может свободно вращаться под действием сил, приложенных со стороны головки резца 18 к твёрдосплавной вставке 13 материала, подвергаемого резанию, в результате чего будет происходить самозатачивание режущего инструмента и равномерный износ.

24

Мелкие частицы могут попасть в канавку 60 во время процесса резания. Тем не менее, вместо того, чтобы забивать канавку и тем самым препятствовать свободному вращению режущего инструмента, мелкие частицы могут проходить назад мимо режущего инструмента, поскольку цилиндрическая часть 2 и язычки 3 "останавливаются" недалеко от задней ограничительной поверхности 17, между задним фланцем 7 и стенкой отверстия образован открытый радиальный зазор, и язычки 3, и обращенная назад поверхность канавки 9 наклонены в аксиальном направлении назад и в радиальном направлении внутрь. То обстоятельство, что язычки 3 и обращенная назад поверхность наклонены определенным образом, способствует перемещению мелких частиц назад. Эти мелкие частицы могут проходить радиально наружу из канавки 9 между ограничительной поверхностью и задним концом цилиндрической части 2 и затем проходить в аксиальном направлении назад через радиальный зазор, образованный между задним фланцем 7 и стенкой отверстия 6

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

Недостатком данного изобретения является высокая цена его изготовления за счёт применения технологии высокоточной штамповки.

В авторском свидетельстве № 1086153 описывается устройство, позволяющее снизить износ посадочного отвер­стия в корпусе и предотвратить заштыбовывание поворотного резца в канале резцедержателя (рисунок 2.10).

Рис. 2.10 – Схема расположения втулки в канале резцедержателя

 

25

Предварительно сжатая втулка 3 встав­ляется в канал резцедержателя 2. Так как втул­ка имеет продольный разрез 6, то после установки минимальный внутренний диаметр втулки должен быть несколько больше диаметра державки резца для возможности его сво­бодного вращения. Затем устанавливают резец в канал резцедержателя, фиксируя державку поворотного резца 4 стопорным элементом 5. В процессе работы под действием усилий резания резец начинает совершать колеба­тельные движения относительно оси корпу­са 1, заставляя тонкостенную втулку 3 де­формироваться.  

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

При этом гофрированная втулка 3 на себе радиальные нагрузки, переда­вая их равномерно на всю поверхность канала резцедержателя 2 и предохраняя, та­ким образом, резцедержатель 1 от изнаши­вания. Через продольный разрез 6 гофрированной втулки 1происходит выведение частичек отбитой горной массы из канала резцедержателя, тем самым поддерживается свободное вращение резца относительно своей оси.

Недостатком данного изобретения является его недолговечность за счёт колебательного воздействия резца.

В авторском свидетельстве № 1461907 А1описывается изобретение, относящееся к горноруд­ной промышленности и может быть ис­пользовано при создании рабочих ор­ганов добычных и проходческих горных машин.

Цель изобретения - повышение из­носостойкости инструмента за счет предотвращения его заштыбовывания в канале резцедержателя (рисунок 2.11).

 

 

Рис. 2.11 – Схема расположения втулки в канале резцедержателя

 

Кулак 2 имеет цилиндрическую сквозную проточку 6, в которой уста­новлена втулка 3 с вырезом 4 (рисунок 2.12). Во втулке 3 установлен с возможностью свободного перемещения хвостовик рез­ца 5, в котором выполнена кольцевая проточка для стопорения и фиксации зубка в держателе.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

26

 

 

Рисунок 2.12 - Схема втулки

 

Кулак 2 содержит переднюю тор­цовую поверхность 7. В нижней части кулака имеется опорная поверхность 11, которую по кромке приваривают к рабочему орга­ну 8 горной машины. Таким образом держатель ориентируют под углом к век­тору скорости рабочего органа. На передней торцовой поверхности 7 ку­лака 2 выполнена кольцевая проточка 9, в которой расположен буртик 5 втулки 3. На задней торцовой поверхности втулка 3 также снабжена опорным буртиком 5 с выпуклой поверхностью 10, Бур­тик 5 втулки 3 взаимодействует с задней торцовой поверхностью кула­ка 2. Буртик 5с одной стороны вхо­дит в кольцевую проточку 9 резца 1, а с другой стороны взаимодействует с кулаком 2 и надежно стопорит резец 1 от выпадания из кулака2. При контакти­ровании резца 1 с породами забоя в процессе их резания происходит осе­вое перемещение резца 1. В этот момент хвостовик взаимодействует с бур­тиком 5, втулка растягивается и за­зор между резцом и втулкой уменьшается, а торец инструмента упирает­ся в торцовой упор. Кольцевая проточка 9 удер­живает втулку 3. Если штыб и пород­ная пыль попадает между резцом 1 и втулкой 3, то они проходят по винтовому вырезу 4. Как только инструмент выхо­дит из контакта с породой, втулка 3 возвращает его в исходное положение, а винтовой вырез 4 при этом сокращается и штыб удаляется.

27

Достоинством данного изобретения является высокая износостойкость и легкость замены.

Изм. Лист № докум.     Подпись Дата

Лист

КПКГМиО - 20 032 00 00 00 ПЗ

2.3 Сущность модернизации

 

Устройство для крепления резцов горных машин, включающее режущий элемент с хвостовиком, кулак с пе­редней и задней поверхностью, сквозной цилиндрической проточкой для размещения хвостовика режущего элемента и фаской на его передней поверхности, расположенную в про­точке кулака втулку, один конец которой выполнен с опорным буртиком, установленным с возможностью взаимо­действия с фаской кулака, отличающееся тем, что, с целью повышения износостойкости инстру­мента за счет предотвращения его заштыбовывания.

Втулка по всей дли­не выполнена со сквозным вырезом, расположенным по винтовой линии, и с дополнительным буртиком на дру­гом ее конце, а хвостовик выполнен с кольцевой проточкой, при этом ку­лак выполнен с торцовым упором, а дополнительный буртик втулки распо­ложен с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой хвостовика и задней поверхностью кулака, причем хвостовик режущего элемента, расположен с возможностью взаимодействия с торцовым упором кулака.